Pomiar prądu nasycenia rdzenia cewki

Question

Jestem bardzo początkujący. Dużo czytam, ale mam mętlik w głowie.Od tygodnia kombinuję jak koń pod górę, a na internecie po godzinach szukania nie zn...

jarek_lnx · Answer

Wystarczy przemyśleć to co napisałeś powyżej, z tego wynikają wymagania konstrukcyjne i to jak je rozwiązać.Układ wspólnego drenu ma kilka wad, spora rezystancja wyjściowa (spadek napięcia pod obciążeniem), duże straty mocy w tranzystorze i ograniczenie napięcia wyjściowego przez generator.Zastosuj układ wspólnego źródła, w obwodzie źródła rezystor - bocznik (najlepiej o małej indukcyjności - nie drutowy) w obwodzie drenu cewka oczywiście prądu cewki nie można nagle przerwać więc musisz go skierować gdzieś indziej, żeby nie spalił tranzystora, rozwiązanie z diodą jest najprostsze, ale ma jedną wadę jeśli "ladujesz" cewkę napięciem 10V a "rozładowujesz" przez diodę Schottky'ego (napięcie na cewce -0,5V) współczynnik wypełnienia nie może przekroczyć 5% przy analogowym oscyloskopie i generatorze był by to kłopot, przy cyfrowym da się znieść.Jak to poprawić? trzeba podnieść napięcie samoindukcji w czasie gdy tranzystor jest wyłączony, szeregowo z diodą włączyć element który zwiększy spadek napięcia i wytraci zbędna moc (rezystor lub lepiej diodę Zenera wzmocnioną tranzystorem).Nie żartuj.Ważny jest czas załączenia tranzystora i maksymalne wypełnienie, częstotliwość to wynikowa tych dwóch parametrów.Czas załączenia dobierasz do indukcyjności i przewidywanego prądu nasycenia, lub na oko zwiększasz aż zobaczysz że się nasyca, uwaga w tym układzie też da spalić tranzystor, jeśli cewka będzie za długo w nasyceniu.Warto dodać kondensatory elektrolityczne kilka mF żeby napięcie nie siadało no i prąd w impulsie będziesz módł pobierać większy niż daje twój zasilacz.Ode mnie maż też garść skrótów myślowych, ale chociaż wszystko na temat i jeszcze kilka rad wynikających z eksploatacji takiego układu.Jak widzisz post jest całkiem długi nie da się tego opisać dokładnie i krótko, pisz czego nie wiesz, a odpowiem, narysujesz schemat to powiem ci czy dobry, bo mi się nie chce rysować.

solmido · Answer

Skleciłem coś takiego:

i nawet wydaje mi się, że widzę taki kształt natężenia, jaki powinienem,
ale trochę dziwi mnie to, że przy jednej częstotliwości widać, przy innej nie.
I wyniki też trochę różnią się w zal. od częstotliwości, a nie wydaje mi się,
żeby powinny.
Na generatorze daję sygnał prostokątny i sprawdzam sobie przy 1, 10 i 100 kHz.
Na cewkach na małe prądy widać i nawet wychodzą sensowne wyniki,
na cewkach 3A nie, mimo że mam zasilacz 5A.

Dziwne to wszystko dla mnie. Nie zdziwiłbym się, gdyby się okazało, że mierzę
nie tyle prąd na cewce, co jakiś prąd zaindukowany w sondzie z przetwornicy mojego prostego generatora funkcyjnego

Ja naprawdę jestem początkujący. Jeśli ktoś mógłby coś dodać lub choćby stwierdzić, czy idę w dobrym kierunku, bez odsyłania mnie do książek, będę wdzięczny.

WojtasJD · Answer

http://elportal.pl/pdf/k04/45_05.pdfhttp://elportal.pl/pdf/k04/46_15.pdf

Frenk15 · Answer

Popełniłem układ do testowania prądu nasycenia cewek.

Finalnie wygląda to tak w środku:

A na zewnątrz:

Sterowanie załączaniem prądu cewki z generatora.
Sygnał kondycjonowany przez bramkę not. Potem idzie na driver podwyższający z dwoma szybkimi tranzystorami i dwoma wzmacniaczami. Pomiar prądu na rezystorze drutowym z miernika 0.01 jest wzmocniony na wzmacniaczu TL071 x 11.
Cały układ wymaga zasilacza 12V do zasilania bramki not (przez stabilizator 5V) drivera N-mosfet oraz wzmacniacza TL071. Do zasilania wzmacniacza TL było potrzebne dodatkowo napięcie ujemne, dlatego wstawiłem tam przetwornicę napięcia ujemnego -5V własnej konstrukcji.
Moc rozpraszana jest na rezystorze 12Omów 10W z dodanym radiatorem i wentylatorem ma z 100W.
Moc podawana jest z zasilacza 0-30V 5A z baterią kondensatorów 30000uF.
Na wyjście wychodzą cztery kable ekranowane do pomiarów:
1) Pomiar sygnałów: sterującego z generator oraz napięcie na bramce N-mosfet (Zmiana przełącznikiem)
2) Sygnał napięcia z rezystora pomiaru prądu po wzmocnieniu 11x [I]
3) Napięcie za na drenie D tranzystora sterującego N-mosfet [II]
4) Napięcie na zasilaniu [III]

Dodatkowo dodany jest przełącznik umożliwiający wyłączenie sterowania z bramki N-mosfet.

Schemat układu:

przetwornica -5V:

Przy projektowaniu robiłem symulacje w MikroCap.
Schemat i płytka w Eagle, dodane w załącznikach.

Tak wygląda to w Eagle:

Płytka:

Poniżej jak wyglądają wykresy testów dwóch dławików 46N00-0160, 46N00-0410 oraz transformatora na rdzeniu kubkowym fi36 N1=36, N2=3*N1=108.

Dławiki:

Transformator na rdzeniu kubkowym fi36, N1=36, N2=3*N1=108:

Pomiary na oscyloskopie HP5400B:
dławika 46N00-0410 zasilanie V=12[V]

Pomiar napięcia I - x11 na rezystorze 0.01Oma

Dla danych odczytanych z wykresów z oscyloskopu dla cewki 46N00-0410:
$$
u_0=12.27V-0.3V=11.97V
\Delta i=\frac {\frac {1.131V}{11}}{0.01 \Omega}=10.28A
\Delta t=62.8 \mu s
$$

L wynosi:
$$
L=u_0 \cdot \frac {\Delta t}{\Delta i} = 11.97V \frac {62.8 \cdot 10^{-6} [s]}{10.28A}=73.12 \cdot 10^{-6}H=0.073mH
$$
Zmierzona indukcyjność miernikiem PeakTech 2005
L=0.079mH

Można tez wyliczyć indukcyjność z uwzględnieniem spadków napięć na cewce związanych ze spadkami zasilania i spadkiem napięć na N-mosfecie sterującym oraz rezystorze pomiaru prądu, korzystając z pomiarów II i III

Wówczas wyznaczona indukcyjność wynosi 0.072mH

PeakTech 2005 pokazuje inny wynik niż na oscyloskopie?
Miernik 0.079mH a tutaj na oscyloskopie 0.072mH

W rzeczywistości będzie pracowała w takich warunkach jak pokazuje oscyloskop.

Prąd maksymalny dla 46N00-0410
(1.12V/11)/0.01Ω=10.28A≈10A-11A

Testowałem też drugią46N00-0160 zasilanie V=12[V], który ma charakterystykę nieliniową:
Pomiar napięcia I - x11 na rezystorze 0.01Oma

W przypadku transformatora N1=36, N2=108, V=12V zmierzyłem napięcie na rezystorze prądu 0.01Oma wzmocnione x11 oraz na uzwojeniu wtórnym.

Ostatecznie tak jak to w przypadku każdego układu można coś poprawić i dodać.
Okazało się, że w przypadku testowania transformatorów wygodnie by było dodać wyłącznik odcinający obciążenie rozładowujące 12Oma na uzwojeniu pierwotnym , tak, żeby można było odbierać moc na uzwojeniu wtórnym.
Ale ze względu na małe pudełko i już dokonane przeróbki ścieżek dodanie równoległego kondensatora do opornika 12Oma, teraz ciężko się będzie z tym zmieścić.

Frenk15 · Answer

I jeszcze napiszę w osobnej ramce, żeby w poprzedniej nie robić zamieszania

Jeśli uwzględni się spadki napięcia na cewce.

Napięcie na cewce można opisać równaniem:
$$
u(t)=u_0-a \cdot t=u_0- \frac{\Delta u_L}{\Delta t} \cdot t
$$

Równanie różniczkowe cewki przyjmuje postać:
$$
u_0-a \cdot t=L \cdot \frac{di(t)}{d t}
(u_0-a \cdot t) \cdot dt=L \cdot di(t)
$$

Całkuje się powyższe równanie różniczkowe w przedziałach dla t - (t1, t2) oraz dla i - (i1, i2), gdzie Δt=t2-t1, Δi=i2-i1, stąd:
$$
u_0 \cdot \Delta t - 1/2\cdot a \cdot \Delta t^2=\Delta t(u_0-1/2 \frac {\Delta u_L}{\Delta t} \cdot \Delta t ^2)=\Delta t(u_0-1/2 \cdot \Delta u_L)=L \cdot \Delta i
$$

Indukcyjność L wynosi:
$$
L=\frac {\Delta t}{\Delta i} \cdot (u_0-1/2 \cdot \Delta u_L)
$$

Dla danych z wykresów dla cewki 46N00-0410:
$$
u_0=12.09V-0.114V=11.98V
\Delta i=\frac{\frac{1.131V}{11V}}{0.01 \Omega}=10.28A
\Delta t =62.8\mu s
\Delta u_L = 0.156V+0.125V=0.281V
$$

Stąd L wynosi
$$
L=\frac {62.8 \cdot 10^{-6}[s]}{10.28[A]} \cdot(11.98[V]-0.5 \cdot 0.281[V])=72.14 \cdot 10^{-6}[H]=0.072[mH]
$$

Bez uwzględnienia spadków napięcia na cewce 0.073mH z uwzględnieniem 0.072mH.

Jeśli chodzi o wzmocnienie to porównywałem sygnały przed wzmacniaczem oraz za na oscyloskopie i wychodziło mi, że wzmocnienie jest x10 pomimo, że dałem przy wzmacniaczu rezystory 10k 1k stąd powinno być x11.
Przy liczeniu dałem większe wzmocnienie takie jak wynika z rezystorów x11 ale nieznacznie podniosło to wartość wyliczonej indukcyjności.

Dla dużej indukcyjności 50mH transformator około 550 zwojów wynik niemal pokrywał się z tym z miernika PeaktTech.

jarek_lnx · Answer

Frenk15 kiedyś korzystałem z podobnego układu, niedawno zbudowałem do tego celu pełny mostek - nie ma takich strat mocy, energia zgromadzona w cewce wraca do zasilania, ponadto zakres zmian prądu jest szerszy- przez co lepiej widać jak sie zakrzywia.

_lazor_ · Answer

Podrzucę tekst z "Praktyczny elektronik" na temat wyznaczania parametrów transformatora. Tak jakby kiedyś ktoś na ten temat trafił.

Frenk15 · Answer

Ten układ, który przedstawiłem działa dla dowolnych napiec zasilania cewki, można zejść nawet do jednego wolta i będzie działało, a góra 30V zasilacza.

Też na początku miałem budować mostek, z tym, że do zawrócenia mocy z powrotem do kondensatorów wystarczą dwa mosfety N i P oraz dwie diody.

Miałem, w tamtym rozwiązaniu problemy, że sterowaniem mosfetem P, ponieważ układ miał działać dla dowolnych napięć podanych przez zasilacz., a napięcie na bramce mosfetów S-G nie może przekroczyć 25V.

Poza tym nie ustaliłem gdzie zamieścić rezystor pomiaru prądu.
Są specjalizowane układy do zasilania mostków jak również specjalizowane układy do pomiaru prądu w mostku jednak finalnie nie doszedłem z tym do ładu.

Dlatego wybrałem finalnie układ, w którym mosfet jest załączany stałym napięciem 12V nie zależnym od napięcia zasilania cewki.

A jak to rozwiązałeś jarek_lnx możesz nam coś przybliżyć jakiś schemat.
Jakie napięcia możesz przyłożyć na cewkę, jak sterujesz mosfetami jakie są napięcia na bramkach, jak mierzysz prąd w tym mostku?

_lazor_ · Answer

Jak zamienisz P-mosfet na N-mosfet oraz zamienisz go miejscem z przeciwną diodą, a same diody zamienisz na kondensatory impulsowe to masz klasyczny półmostkowy falownik:

http://3.bp.blogspot.com/-pa4AXF6TGkI/UUKpGrF0doI/AAAAAAAADi4/XtRVV_w2Z6k/s1600/half+bridge+inverter+circuit.png

Sterowników do takiego układu jest już bardzo dużo. Ja używam IRS21531S, ponieważ można mu ustalić częstotliwość z układu RC.

Dla pomiarów dławików i uzwojeń transformatora taki układ dodatkowo działa w ZVS.

Na takim układzie można badać elementy indukcyjne napięciem połowy zasilania, w moim przypadku do 180V. Prąd mierzę za pomocą przekładnika prądowego (rdzeń ferrytowy o dużym AL, 50 zwojów i rezystor pomiarowy 50ohm, wychodzi 1V na 1A).
Dodatkowo na takim układzie można od razu przetwornice robić, np rezonansowe.

See also:
07.08.2022 Druciarski zasilacz wysokiego napięcia z druciarskim pomiarem napięcia stałego
04.06.2022 Język programowania C++ - w kilku słowach o wyjątkach.
29.10.2021 Jak zbudować własną sondę wysokiego napięcia?
04.07.2020 Falownik w topologii half-bridge na STM32G474 sterowany z PC

jarek_lnx · Answer

Użyłem tego co było pod ręką, mostek zbudowałem NMOSFET-ów sterując je z gotowego drivera z bootstrapem, a na bramkach ze Schmittem zrobiłem układ dead-time, bocznik 0,1Ω wstawiłem w węźle łączącym oba źródła dolnych MOSFET-ów. Użyte elementy IRFR2905 FAN7382 CD4093, napięcie pracy 0-50V, napięcie zasilania drivera 12V

Frenk15 · Answer

Przy projektowaniu mojego mostka postawiłem sobie za duże wymagania co do starowania, i konieczne było by zasilanie +12, -12V teraz zastosował bym gotowy układ jak piszecie.

Tylko, że ten przekładnik prądowy to pokazuje pochodną prądu.
Rzeczywiście wykryjemy nim nasycenie bo tam przy nasyceniu cewki pochodna gwałtownie rośnie.

Ale prądu nie zmierzymy bo trzeba by całkować funkcje pochodnej prądu a tego zwykłe oscyloskopy nie robią.
Przed całkowaniem trzeba wykryć prąd zero i od prądu zero całkować to co idzie z przekładnika dodatkowo pomnożyć przez współczynnik zależny od przekładnika (Najlepiej wyznaczyć ten współczynnik przez wzorcowanie). Według mnie ten rezystor obciążający nie będzie potrzebny do pomiaru.

Takie przekładniki najlepiej nadają się do prądów sinusoidalnych. Wtedy na wyjściu jak zmierzymy napięcie skuteczne to możemy na podstawie i przełożenie policzyć prąd skuteczny, do pomiaru w układzie impulsowym ciężko to będzie zastosować ???

Zastanawiałem się nad zastosowaniem czujnika halla takiego jak w miernikach cęgowych albo jak w przystawkach do oscyloskopu do pomiaru pądu.
Ale wtedy nie znalazłem liniowego czujnika halla tylko do pomiaru obrotów w wentylatora w PC.

W końcu znalazłem Wpisałem w google "hall sensor current measure", wyskoczył mi taki obrazek:

http://archives.sensorsmag.com/articles/0799/26/

Trzeba będzie coś takiego zastosować w połączeniu z czujnikiem do wiatraka z allegro SS49E, TLE4905L, SS495A ,
TLE4935L, SS411A, SS449A, SS461A, UGN3140U A1104EUA-T, TLE4945L.

SS49E ten podaje na wyjście funkcje B(V), V=V(B) powinien być dobry.
na przykład ten TLE4905L się nie nada bo tylko załącza ON, OFF.

Ktoś może to testował przy pomiarze prądu?

Takie przystawki do oscyloskopu kosztują po 600zł można by to śmignąć za parę dych.

Dla czujnika SS49E jeśli B zmienia się od -100 do 100 [mT] to na wyjście daje napięcie 1 do 4V.
W takim razie na podstawie wzoru, który podali, na stronie powyższej można coś policzyć.

Zakładam, że prąd wyjścia z wzmacniacza nie może przekroczyć 200mA (konieczny wzmacniacz mocy) przy napięciu maksymalnym wyjściowym 10V (Wzmacniacz TL zasilany -5 i 12V)
Dlatego można wyznaczyć wartość rezystora zasilającego uzwojenie R_F.
$$
U_{max}=10V
I_{max}=0.2 [A]
I=\frac{U_{max}}{R_F}
R_F=\frac{U_{max}}{I_{max}}=\frac{10}{0.2}=50 \Omega
$$

Jeśli skorzystamy z wzoru, który podali, założymy dodatkowo maksymalny prąd mierzony:
$$
I_{max}=250A
$$

Można policzyć ilość zwojów
$$
U_{max}=\frac{I_{max}}{N} \cdot R_F
N=\frac{I_{max}}{U_{max}} \cdot R_F=\frac{250}{10} \cdot 50=1250
$$

Trochę dużo tych zwojów ???

Wzmacniacz trzeba by podłączyć odwrotnie czujnik hala na +, - wzmacniacza np TL081 trzeba by podać nie masę tylko napięcie referencyjne 2.5V.

Są inne czujniki liniowe hala np: TL173C and UGN3503.
Tutaj jest schemat, gdzie na + wzmacniacza podpięty jest sygnał z czujnika halla.
http://www.bristolwatch.com/hall_effect/ratiometric_hall_effect.htm
http://www.powerguru.org/closed-loop-hall-effect-current-transducers/

Co o tym sądzicie czy to będzie dobrze działało?
Ktoś może zaglądał do miernika cęgowego czy tam też jest zerowany strumień przez uzwojenie tak jak tutaj, ile zwojów tam mają uzwojenia?

Są takie gotowe LEM np: LA100-P, LEM LA100 problem będzie z większymi częstotliwościami.

Sondy prądu AC/DC do oscyloskopów mają częstotliwości nawet 100Mhz "N2893A 100 MHz/15A AC/DC Current Probe".
http://www.keysight.com/en/pd-1912832-pn-N2893A/100-mhz-15a-ac-dc-current-probe?cc=PL&lc=eng
Z tym, że trochę droga na ebay cena 12500zł.

Na tema metod pomiaru prądu:
https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=14861790#14861790

_lazor_ · Answer

Po pierwsze przekładniki stosuje się do pomiaru prądów symetrycznych. Od biedy niesymetryczny sygnał też da rady zmierzyć, ale prądu gdzie di/dt = 0 faktycznie się nie zmierzy.

takie rozwiązania są stosowane komercyjnie np w kuchenkach indukcyjnych, gdzie pomiar nie jest robiony na linii z 50Hz a na linii za pół mostkiem falownika. Wrzucają to potem na prostownik i na ADC mikrokontrolera i sterują całą kuchenką, ba wyliczają z tego moc.

Przekładniki LEM używam do pomiaru prądu stałego, jako że nie nadają się do sygnałów powyżej 100kHz (co tyczy się również stromości narostu mierzonego prądu).

Na przekładnikach zrobionym z SM-100 byłem w stanie wykryć szpilki prądowe o maksymalnej amplitudzie 3A i czasie 20ns. Więcej mi do szczęścia nie potrzeba, zwłaszcza że koszt przekładnika to 4zł.

Ja miałem możliwość testować przekładnik prądowy z tektronix'a tcp312 i wzmacniaczem tcpa300 w pracy. Dla przebiegów przemiennych nie ma większego znaczenia czy używam przekładnika czy sondy prądowej. Dla przebiegów zmiennych i przemiennych z składową stałą zdecydowanie sonda prądowa ma przewagę.

See also:
07.08.2022 Druciarski zasilacz wysokiego napięcia z druciarskim pomiarem napięcia stałego
04.06.2022 Język programowania C++ - w kilku słowach o wyjątkach.
29.10.2021 Jak zbudować własną sondę wysokiego napięcia?
04.07.2020 Falownik w topologii half-bridge na STM32G474 sterowany z PC

jarek_lnx · Answer

Przekładnik musi być obciążony małą rezystancją i wtedy działa jak transformator prądowy, nie trzeba nic całkować. Całkowanie jest potrzebne przy pomiarach cewką Rogowskiego.
Ja jednak jestem zwolennikiem bocznika, uruchamiam ten układ od czasu do czasu żeby zrobić pomiar i nie przeszkadza mi że bocznik sie grzeje, a spadek napięcia na cewce powodowany jest nie tylko przez bocznik bo są inne rezystancje w układzie.

Quote:
Przy projektowaniu mojego mostka postawiłem sobie za duże wymagania co do starowania, i konieczne było by zasilanie +12, -12V teraz zastosował bym gotowy układ jak piszecie.

Nie twiedzę że zastosowanie gotowego układu jest lepsze poprostu miałem pod rękoą jakbym nie miał zbudował bym na tranzystorach, zasilanie +12, -12V nie jest potrzebne nawet przy kluczach N i P tylko trzeba układ lepiej przemyśleć.